(57)【要約】【課題】  既存のデータを用いて、簡易にトンネル周辺地盤の湧水量及びその影響領域を予測することが可能となる湧水予測装置を提供することを課題とする。【解決手段】  トンネルルート周辺の３次元地図データが記憶されている地図データ記憶手段２１と、前記トンネルルートの３次元位置座標データ等の入力を要求するトンネルルート入力要求手段１２と、前記トンネルルートにおいて所定の位置で分割されたトンネル分割断面の中心に、影響曲線の原点を一致させ、地表面との交点である影響点の３次元位置座標を算出する交点算出手段４３と、隣接する影響点毎に直線で結ぶことにより、影響領域に含まれる３次元位置座標データを算出する影響領域算出手段４４と、前記影響領域の面積を算出するとともに、算出された前記面積と渇水比流量を乗じることにより湧水量を算出する湧水量算出手段４５と、を備えることを特徴とする湧水予測装置。【選択図】      図２
2005121515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルルート周辺の所定領域における、河川位置データを含む３次元地図データが記憶されている地図データ記憶手段と、
前記トンネルルートの３次元位置座標データ及びトンネル分割数データの入力を要求するトンネルルート入力要求手段と、
入力された前記トンネルルートの前記３次元位置座標データ及び前記トンネル分割数データが記憶されたトンネルデータ記憶手段と、
前記地図データ記憶手段に記憶されている３次元地図データを抽出する地図データ抽出手段と、
前記トンネルルートの近傍の河川の渇水比流量データの入力を要求する比流量入力要求手段と、入力された前記渇水比流量データが記憶された比流量記憶手段と、
影響曲線用比高データと横断方向距離データとが関連づけて記憶されている影響曲線記憶手段と、
前記トンネル分割数データにより分割されたトンネルの各分割断面において、影響曲線の原点を前記トンネルの中心に一致させ、地表面との左右の交点である影響点の３次元位置座標を算出する交点算出手段と、
隣接する前記影響点について、左右の前記隣接する影響点毎に、直線で結ぶことにより、影響領域に含まれる３次元位置座標データを算出する影響領域算出手段と、
算出された前記影響領域に含まれる３次元位置座標データを記憶する影響領域データ記憶手段と、
前記影響領域毎に、前記影響領域の面積を算出するとともに、算出された前記面積と前記渇水比流量を乗じることにより湧水量を算出する湧水量算出手段と、
前記算出された湧水量を表示する湧水量表示手段と、
を備えることを特徴とする湧水予測装置。
【請求項２】
前記地図データ抽出手段により抽出された３次元地図データから河川流路と河川流域を抽出する河川流域抽出手段と、
抽出された前記河川流路に沿って、断面方向における平均流域幅データと比高データと透水性指標データとを算出する比高算出手段と、
予め定められている横断方向最大距離と横断方向距離刻み幅からなる横断方向距離データと、前記算出された透水性指標データとを、所定の算定式に代入することにより影響曲線用比高データを算出する影響曲線算出手段と、
前記河川の流路方向距離データと前記比高データとを関連づけて表示する流路データ表示手段と、
前記算出された影響曲線用比高データと前記横断方向距離データとを関連づけて表示する影響曲線表示手段と、
を備え、
前記算出された影響曲線用比高データを前記横断方向距離データと関連づけた状態で、記憶させる前記影響曲線記憶手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の湧水予測装置。
【請求項３】
前記トンネル分割数データにより分割されたトンネルの前記各分割断面において、前記影響曲線の原点を前記トンネル中心に一致させた状態で、前記分割断面の地形図データ上に表示させる分割断面表示手段、を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の湧水予測装置。
【請求項４】
前記各影響点と、前記影響曲線と、前記影響領域とを、前記３次元地形図データ上に表示させる影響領域表示手段、を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の湧水予測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル周辺地盤からトンネルへの湧水量及びその影響領域を予測するための湧水予測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル掘削に起因する湧水の発生は、しばしば、周辺井戸の枯渇や河川流量の減少などの周辺水環境へ悪影響を及ぼすことになるとともに、施工者にとっても、水処理施設の計画や地山の止水対策工の必要性を検討する観点から、湧水量及びその影響領域を事前に適切に予測することが要求されている。
【０００３】
従来、湧水範囲や湧水量を事前に予測するためには、例えば、岩盤中にボーリング孔を掘削し、当該ボーリング孔からの湧水量を測定する方法等が用いられていた（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−３２４５７５号公報（段落０００７〜００１６、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前述の方法では、トンネル周辺の広範囲な対象地盤における複数箇所において、測定作業を行わなければならないという問題点を有していた。
【０００５】
また、近年、数値解析手法による湧水予測手法が学術的に提案されているが、モデルの作成から解析まで多大な労力が必要とされるため、実際のトンネルに適用された例は少ない。
【０００６】
本発明は、前記問題点を解決することを目的とするものであり、既存のデータを用いて、簡易にトンネル周辺地盤の湧水量及びその影響領域を予測することが可能となる湧水予測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る湧水予測装置は、トンネルルート周辺の所定領域における、河川位置データを含む３次元地図データが記憶されている地図データ記憶手段と、前記トンネルルートの３次元位置座標データ及びトンネル分割数データの入力を要求するトンネルルート入力要求手段と、入力された前記トンネルルートの前記３次元位置座標データ及び前記トンネル分割数データが記憶されたトンネルデータ記憶手段と、前記地図データ記憶手段に記憶されている３次元地図データを抽出する地図データ抽出手段と、前記トンネルルートの近傍の河川の渇水比流量データの入力を要求する比流量入力要求手段と、入力された前記渇水比流量データが記憶された比流量記憶手段と、影響曲線用比高データと横断方向距離データとが関連づけて記憶されている影響曲線記憶手段と、前記トンネル分割数データにより分割されたトンネルの各分割断面において、影響曲線の原点を前記トンネルの中心に一致させ、地表面との左右の交点である影響点の３次元位置座標を算出する交点算出手段と、隣接する前記影響点について、左右の前記隣接する影響点毎に、直線で結ぶことにより、影響領域に含まれる３次元位置座標データを算出する影響領域算出手段と、算出された前記影響領域に含まれる３次元位置座標データを記憶する影響領域データ記憶手段と、前記影響領域毎に、前記影響領域の面積を算出するとともに、算出された前記面積と前記渇水比流量を乗じることにより湧水量を算出する湧水量算出手段と、前記算出された湧水量を表示する湧水量表示手段と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
かかる湧水予測装置は、トンネル周辺の所定領域における、河川位置データを含む３次元地図データを記憶する地図データ記憶手段を有しているため、数値地図（ＤＥＭ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌ）を記憶し、記憶されたＤＥＭを地図情報システム（ＧＩＳ）の地形解析機能を用いて半自動的にトンネル沿いの湧水量、渇水域分布の予測計算を行うことを可能としている。
【０００９】
また、前記トンネルルートの３次元位置座標データ及び前記トンネル分割数データの入力を要求するトンネルルート入力要求手段と、この要求に応じて入力された前記トンネルルートの３次元位置座標データ及び前記トンネル分割数データが記憶されたトンネルデータ記憶手段を有しているため、トンネル位置を３次元地図データに関連付けて記憶して、湧水の影響領域の計算等を自動的に行うことを可能としている。
また、前記地図データ記憶手段に記憶されている３次元地図データを抽出する地図データ抽出手段により、入力されたトンネルルートの３次元位置座標データに基づいて、当該湧水予測装置が自動的に、広域な地図データの中からトンネルルートの近傍範囲を抽出することを可能としている。
【００１０】
また、前記トンネルルートの近傍の河川の渇水比流量データの入力を要求する比流量入力要求手段と、前記渇水比流量データが記憶された比流量記憶手段を有することにより、トンネルの湧水に関連する河川の渇水比流量がそれぞれの河川ごとに指定されることが可能となり、より正確な湧水の予測を可能とする。
【００１１】
また、影響曲線用比高データと横断方向距離データとが関連づけて記憶されている影響曲線記憶手段と、前記トンネル分割数データにより分割されたトンネルの各分割断面において、影響曲線の原点を前記トンネル中心に一致させ、地表面との左右の交点（影響点）の３次元位置座標を算出する交点算出手段と、隣接する前記影響点について、左右の前記隣接する影響点毎に、所定の影響曲線で結ぶことにより、影響領域に含まれる３次元位置座標データを算出する影響領域算出手段と、算出された前記影響領域に含まれる３次元位置座標データを記憶する影響領域データ記憶手段と、を有することにより、河川流路ごとに関連付けて記憶した影響曲線用比高データと横断方向距離データの中から、それぞれトンネルの分割断面に対応するデータを選ぶことで、自動的に、トンネル中心を原点として、影響曲線用比高データと横断方向距離データにより影響曲線を作成して、地表面との交点を算出することが可能となる。
また、当該湧水予測装置は、影響領域算出手段により、この交点を影響曲線で結び影響領域を算出し、この影響領域に含まれる３次元位置座標データを影響領域データ記憶手段により記憶するため、湧水による渇水域分布などを鳥瞰図、平面図、断面図等により表示することが可能となり、専門家以外もその結果を理解しやすくなる。
【００１２】
また、前記影響領域毎に、前記影響領域の面積を算出するとともに、算出された前記面積と前記渇水比流量を乗じることにより湧水量を算出する湧水量算出手段と、前記算出された湧水量を表示する湧水量表示手段とを備えることにより、自動的にトンネルの領域ごとの湧水量とその総和であるトンネル全延長の湧水量の算出と、その結果を表示することを可能とする。
【００１３】
つまり、本発明による、湧水量予測装置によれば、トンネルルート座標、トンネル分割数、渇水比流量の入力をすることにより、自動的にトンネル施工による湧水量の算出及び地下水渇水の影響範囲の予測が可能となり、予測結果は、鳥瞰図、平面図、断面図、湧水量グラフ、表等として出力されるため、専門家以外の操作者にも操作可能で、理解しやすい湧水量の予測が可能となる。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の湧水予測装置であって、前記地図データ抽出手段により抽出された３次元地図データから河川流路と河川流域を抽出する河川流域抽出手段と、抽出された前記河川流路に沿って、断面方向における平均流域幅データと比高データと透水性指標データとを算出する比高算出手段と、予め定められている横断方向最大距離と横断方向距離刻み幅からなる横断方向距離データと、前記算出された透水性指標データとを、所定の算定式に代入することにより影響曲線用比高データを算出する影響曲線算出手段と、前記河川の流路方向距離データと前記比高データとを関連づけて表示する流路データ表示手段と、前記算出された影響曲線用比高データと前記横断方向距離データとを関連づけて表示する影響曲線表示手段と、を備え、前記算出された影響曲線用比高データを前記横断方向距離データと関連づけた状態で、記憶させる前記影響曲線記憶手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の湧水予測装置。
【００１５】
かかる湧水予測装置は、前記地図データ抽出手段により抽出された３次元地図データから河川流路と河川流域を抽出する河川流域抽出手段により、地図データ記憶手段に記憶された当該トンネル周辺の河川流路と河川流域を画面上から抽出することを可能とする機能により、トンネルに影響を及ぼす河川に対して、それぞれ個別に計算を行うことが可能となり、トンネル施工に伴う湧水量の算出において、トンネルを分割し、それぞれ分割された影響範囲に関連する河川流域のデータを使用するため、より正確な湧水量の算出が可能となる。
【００１６】
また、前記抽出された河川流路に沿って、断面方向における平均流域幅データと比高データと透水性指標データとを算出する比高算出手段とにより抽出された河川流路に関して自動的に平均流域幅データと比高データと透水性指標データとの算出を行うことを可能とする。
【００１７】
また、予め定められている横断方向最大距離と、横断方向距離刻み幅に従い、横断方向距離データと前記算出された透水性指標データを、所定の算定式に代入することにより影響曲線用比高を算出する影響曲線算出手段により、河川流域抽出手段により抽出された河川流路に関して、比高算出手段で算出した比高データと透水性指標データを利用して影響曲線用比高データを算出する。この算出された影響曲線用比高データは、影響曲線記憶手段により記憶することが可能なため、当該トンネルに関連する全河川に関する影響曲線用比高を算出し、記憶することで、トンネルルートの湧水量算出の際に、分割された各影響範囲に関してそれぞれ正確な湧水量の算出が可能となる。
【００１８】
前記河川の流路方向距離データと前記比高データとを関連づけて表示する流路データ表示手段と、前記算出された影響曲線用比高データと前記横断方向距離データとを関連づけて表示する影響曲線表示手段と、を備えていることで、各データを算出するごとに図面化し、表示することで、ひと目で抽出された河川に関する形状や流域に関して把握することが可能となる。
【００１９】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の湧水予測装置であって、前記トンネル分割数データにより分割されたトンネルの前記各分割断面において、前記影響曲線の原点を前記トンネル中心に一致させた状態で、前記分割断面の地形図データ上に表示させる分割断面表示手段、を備えることを特徴としている。
そのため、分割断面ごとの湧水の流れに関する影響範囲をひと目で確認することが可能となる。
【００２０】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の湧水予測装置であって、前記各影響点と、前記影響曲線と、前記影響領域とを、前記３次元地形図データ上に表示させる影響領域表示手段、を備えることを特徴としている。
そのため、特別な知識と経験を有しないものでも、ひと目で周辺施設への影響の有無の確認が可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の湧水予測装置によれば、既存のデータを用いて、簡易にトンネル周辺地盤の湧水量及びその影響領域を予測することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
ここで、図１は、本発明の考え方を示した図であり、（ａ）は地表流の流域を示した概略断面図、（ｂ）はトンネルに向う地下水の流域を示した概略断面図である。また、図２は、本発明の湧水予測装置Ｔの概念図であり、図３は、湧水予測装置Ｔの動作ステップを示すフローチャートである。また、図４は、広域３次元地図が画面に表示された状態の一例を示す図であり、図５は、抽出された地域地図が画面に表示された状態の一例を示す図である。また、図６は、地域地図内の流域を画面上で抽出する状態を示す一例であり、図７は、抽出された流域に関する地図データ及び入力データが表示された状態の一例を示し、（ａ）は流域内の流路及び流路の分割線が表示された状態を示し、（ｂ）は各種データを入力するデータボックスを示す。また、図８は、比高計算結果が画面に表示された一例であり、（ａ）は流路分割横断面図、（ｂ）は比高計算結果を示す表である。また、図９は、影響曲線の算出結果の一例であり、図１０は、トンネルの影響範囲の算出方法を示す一例である。さらに、図１１は、影響範囲の算出結果を平面図に示した一例である。
【００２３】
＜本発明の考え方＞
本発明の目的は、トンネル施工に伴う湧水量とその影響範囲を求めることである。
トンネルが形成されると、トンネルに向うあきらかな地下水流の形成が認められない場合でも、地表面ＧＬや地表流路（後記河川流路）ＲＲに流出する地下水流の下に、トンネルに向う地下水流ＴＷが形成されているものと考えられている（図１（ｂ）参照）。そして、このトンネルに向う地下水流ＴＷは、上層の地表面ＧＬや地表流路ＲＲに流出する地下水流より、垂直流による浸透水ＳＷの補給をうけ、地下水流の状態を一定に保っている。この垂直流による浸透水ＳＷは、滞水層の水位に関係なく一定の流量を得ると考えられており、極めて安定性のある値である。つまり、トンネルに向う地下水流ＴＷは、地表流における、長期間の無降雨の後の安定した基底流量に相当するとされており、このような地表流の渇水期の安定した比流量（単位面積当りの流量）を、トンネル湧水における比流量として近似的に用いることができる。
また、地表面の形が、巨視的には、ある程度地下水の流動に関連して形成され、地下水の流域は、地表流の流れにある程度依存して決定することが知られていることから、トンネルに向う地下水の流域ＶＴも、地表流の流域（後記河川流域）Ｖとほぼ同様と考えられている。
したがって、本発明の湧水予測装置Ｔは、これらの考え方を利用して、図１（ａ）に示すような、地形データを解析することにより得られたトンネル近傍の地表水の流域の形状（後記影響曲線）ＲＨ及び当該流域の渇水比流量が、図１（ｂ）のように、トンネルに向う地下水の流域ＶＴ及び比流量に当てはまるものとして、トンネル内の湧水量とその影響範囲を算出するものである。つまり、トンネル近傍の地表水の流域の形状ＲＨ及び渇水比流量が、トンネルに向う地下水の流域ＶＴ及び比流量に当てはまるものとして、当該地表水の流域の形状ＲＨをトンネルの断面（後記分割断面）ＴＳに重ね合わせることによりトンネル上部の影響範囲とこの影響範囲内の当該トンネルに流れ込む湧水量を算出するものである。
【００２４】
＜湧水予測装置の構成＞
図２に示すように、本発明の湧水予測装置Ｔは、コンピュータから構成される装置本体１と、入力部２と、出力部３とを主要部として構成されている。
【００２５】
入力部２は、装置本体１における入力要求手段１０から要求される各種操作に対する指示情報を入力する役割を果たし、キーボード２ａ、マウス２ｂ及び記録媒体読込手段２ｃ等を備えている。
また、出力部３は、各種演算結果やデータ等を出力させるための役割を果たし、ディスプレイ３ａ、プリンタ３ｂ及び記録媒体書込手段３ｃ等を備えている。
【００２６】
［装置本体］
装置本体１は、入力要求手段１０と、記憶手段２０と、抽出手段３０と、算出手段４０と、表示手段５０と、制御手段６０と、データ管理手段７０を主要部としている。
【００２７】
（１）入力要求手段
入力要求手段１０は、操作者に対して各種の入力作業を要求する役割を果たすものであり、地図データ入力要求手段１１と、トンネルルート入力要求手段１２と、河川データ入力要求手段１３と、比流量入力要求手段１４と、を備えている。
【００２８】
［地図データ入力要求手段］
地図データ入力要求手段１１は、計画されたトンネルルートとその周囲を含めた３次元地図データの入力を要求する手段であり、操作者は、この要求に応じてデータの入力を行う。
この地図データ入力要求手段１１では、該当する地域を含む広域の３次元デジタル地形情報の入力が要求され、操作者はインターネットを介してダウンロードしたり、ＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体から読み込んだりすることにより、３次元地図データの入力を行う。また、以前に入力したことにより当該装置本体１に記憶された３次元地図データが使用可能であれば、操作者は、装置本体１の記憶手段２０の地図データ記憶手段２１に記憶されているデータの中から、必要な３次元地図データを読み込むことも可能である。
このように、操作者が入力部２を用いて３次元地図データを入力することにより、後述する地形図表示手段５１により出力部３を介してディスプレイ３ａに広域地図Ｍが表示されるように構成されている（図４参照）。
【００２９】
［トンネルルート入力要求手段］
トンネルルート入力要求手段１２は、対象とするトンネルルートＴＲを指定するための位置データの入力を要求する手段であり、操作者は、この要求に応じて、トンネルルートＴＲの３次元位置座標データ（ｘ，ｙ，ｚ）、カーブデータ（起終点，ＩＰ，Ｒ等）等を、入力部２を介して入力する。ここで、座標系は、地図データ入力要求手段１１において入力した３次元地図データと同じものを用いる。
また、該トンネルルート入力要求手段１２は、後述する影響領域算出手段４４において使用するトンネル直径及びトンネル延長に対する分割断面数ＮＴの入力の要求を行う。操作者は、この要求に応じて、入力部２を介して各データの入力を行う。ここで、分割断面数ＮＴの入力は、操作者が、各分割断面間の距離をそれぞれ指定して入力する方法と、各分割断面数ＮＴのみを入力することにより各分割断面間の距離を等分割とする方法と、のいずれかの方法により入力部２を介して入力することが可能である。
各データの入力は、キーボード２ａにより数字を入力する方法でも、マウス２ｂによりディスプレイ３ａ上で指定しても、予め記録媒体に記憶させておいたデータを記録媒体読込手段２ｃにより読み込んでもよい。
そして、各データが入力されると、後述するトンネルデータ記憶手段２２にデータが保存され、分割断面表示手段５５を介して、ディスプレイ３ａに表示されている地域地図Ｍａ上にトンネルルートＴＲとトンネルルート直交方向に分割断面ＴＳが表示される（図５参照）。
【００３０】
［河川データ入力要求手段］
河川データ入力要求手段１３は、後述する河川流域抽出手段３２において抽出された河川流路ＲＲに係る流路長Ｌと分割数Ｎの入力を要求する手段であり、操作者がこの要求に応じて、データを入力する。ここで、流路長Ｌの入力は、画面上でクリックすることにより操作者が河川流路ＲＲの上流端Ｒ１と下流端Ｒ２を指示することにより行う。また、分割数Ｎは、後述する比高算出手段４１において、比高計算を行う位置の指定のために入力するもので、操作者が、その数をディスプレイ３ａ上のデータウインドウＤＷの指示に従い入力する（図７（ｂ）参照）。分割数Ｎが入力されると、比高算出手段４１において、流路長ＬをＮ等分して、各側点について比高の計算を行う（図７（ａ）参照）。ここで、河川流路ＲＲの流路長Ｌの入力において、上流端Ｒ１と下流端Ｒ２の２点を入力することにより行うものとしたが、これに限定されるものではなく、必要に応じて、３点以上の位置を指定しても良い。
【００３１】
［比流量入力要求手段］
比流量入力要求手段１４は、後述する河川流域抽出手段３２において抽出された河川流路ＲＲに係る渇水比流量ｑの入力を要求する手段であり、操作者はこの要求に応じて渇水比流量ｑをキーボード２ａにより入力するか、予め当該データが入力された記憶媒体を記憶媒体読込手段２ｃにより入力する。渇水比流量ｑの入力は、河川流域抽出手段３２においてトンネルに影響を及ぼすと予想され、抽出された全ての河川流路ＲＲについて要求され、操作者は要求に従い入力を行う。入力された渇水比流量ｑは、後述する比流量記憶手段２３により、一旦各河川流路ＲＲのデータとして記憶され、後述する湧水量算出手段４５において区間湧水量の計算の際に使用する。
【００３２】
（２）記憶手段
記憶手段２０は、入力要求手段１０の要求により入力された各データや算出手段４０により算出された各データを記憶する役割を果たすものであり、地図データ記憶手段２１と、トンネルデータ記憶手段２２と、比流量記憶手段２３と、影響曲線記憶手段２４と、３次元位置座票データ記憶手段２５と、湧水量記憶手段２６と、を備えており、当該各記憶手段に記憶されているデータは、データ管理手段７０を介して所望のデータが入出力可能に保存されている。
【００３３】
［地図データ記憶手段］
地図データ記憶手段２１は、前述した地図データ入力要求手段１１の要求により入力された地図データを記憶されている手段であり、地形に関するデータ、河川に関するデータ、構造物等に関するデータ等が３次元情報として記憶されている。
【００３４】
［トンネルデータ記憶手段］
トンネルデータ記憶手段２２は、トンネルルート入力要求手段１２の要求により入力されたトンネルルートＴＲ、トンネル直径、トンネル延長分割数ＮＴ等が、３次元地図データと関連付けられて記憶されている手段である。
【００３５】
［比流量記憶手段］
比流量記憶手段２３は、後述する河川流域抽出手段３２において抽出された当該トンネルの施工に伴う湧水に影響を及ぼすと予想される河川流路ＲＲに対して、前述した比流量入力要求手段１４の要求により入力された渇水比流量データを、当該河川流路ＲＲに関連付けて記憶する手段である。
【００３６】
［影響曲線記憶手段］
影響曲線記憶手段２４は、後述する影響曲線算出手段４２により算出された影響曲線用比高データと横方向距離データと影響曲線データとが所定の流域に関連付けて記憶されている手段である。
【００３７】
［影響領域データ記憶手段］
影響領域データ記憶手段２５は、後述する影響領域算出手段４４により算出された影響領域ＥＴ（図１１参照）に含まれる３次元位置座標データが記憶される手段である。
【００３８】
［湧水量記憶手段］
湧水量記憶手段２６は、後述する湧水量算出手段４５において、算出された各影響領域に係る湧水量が記憶され、さらにこの各影響領域に係る湧水量から算出される総湧水量が記憶される手段である。
【００３９】
（３）抽出手段
抽出手段３０は、記憶手段２０に記憶されている各種データの中から入力要求手段１０、算出手段４０等において必要となるデータを抽出する手段であり、地図データ抽出手段３１と、河川流域抽出手段３２と、を備えている。
【００４０】
［地図データ抽出手段］
地図データ抽出手段３１は、地図データ記憶手段２１に記憶されている広域の３次元地図データから、トンネルルート入力要求手段１２の要求により入力されたトンネルルートＴＲのデータをもとにトンネルルートＴＲ近傍の地域地図Ｍａを抽出する手段である。つまり、操作者がトンネルルート入力要求手段１２の要求に従い、トンネルルートＴＲの座標等のデータを入力することで、自動的にトンネルルートＴＲ近傍の地域地図Ｍａが抽出され、解析対象領域を決定することができるように構成されている。この抽出された地図データである地域地図Ｍａは、出力部３を介してディスプレイ３ａに表示されるとともに、地図データ記憶手段２１に記憶される（図５参照）。
【００４１】
［河川流域抽出手段］
河川流域抽出手段３２は、地図データ記憶手段２１に記憶されている広域の３次元地図データから、予め当該湧水予測装置Ｔにより設定された分水線で囲まれた各河川流域Ｖの中から、トンネルに影響を及ぼすと予想される河川流域Ｖの抽出とその流域内の河川流路ＲＲの抽出を、操作者が、湧水予測装置Ｔによる指示に従い行う手段である。そして、この河川流域抽出手段３２により抽出された河川流域Ｖと河川流路ＲＲは、後述する比高算出手段４１において用いられる。
ここで、河川流域Ｖと河川流路ＲＲの抽出は、画面上の地域地図Ｍａから、操作者が、入力部２のマウス２ｂを介して、クリックすることにより抽出できるように設定されている（図６，図７参照）。
なお、河川流域Ｖは、その河川流路ＲＲの川水のもとになる雨水が降下する全地域を指し、二つの流域が互いに相設する境界線を分水線という。分水線は、地面が両方に傾く背斜線状を示し、いわゆる尾根状になっており、湧水予測装置Ｔが、トンネルルートＴＲ近傍の対象領域を小区域（例えば５０ｍ×５０ｍ、以下「セル」という）に分けて、地図データ記憶手段２１に格納されている標高データの代表地点から隣接するセルの傾斜方向を算出することにより、地表水の流下方向を計算し、下流側の流出セルから上流側の最高地点のセルまでを順次抽出することにより設定する。
【００４２】
（４）算出手段
算出手段４０は、トンネル施工に伴う、トンネル内湧水の総湧水量及びこの湧水による周辺地域の影響範囲の算出に必要な各種算出手段から構成されており、比高算出手段４１と、影響曲線算出手段４２と、交点算出手段４３と、影響領域算出手段４４と、湧水量算出手段４５と、を備えている。
【００４３】
［比高算出手段］
比高算出手段４１は、河川流域抽出手段３２において、抽出された河川流路ＲＲに関して、断面方向における平均流域幅データ（平均流域幅Ｒｍ）と比高データ（平均比高Ｈｍ）と透水性指標データ（透水性指標Ｋｔ’）とを算出する手段である。
【００４４】
平均流域幅データは、まず、抽出された河川流域Ｖの流域面積Ａ１を、分水線で囲まれた閉合曲線の計算により算出し、さらにこの流域面積Ａ１と、操作者により入力された該河川流域Ｖ内の河川流路ＲＲの上流端Ｒ１と下流端Ｒ２から算出された直線延長である流路長Ｌとを用いて、式（１）により流域面積Ａ１を流路長Ｌで除して平均流域幅Ｒｍが算出されるものである。なお、河川データ入力要求手段１３において、河川流路ＲＲの端点が３点以上入力された場合の流路長Ｌは、各端点の直線距離の総和を使用する。
平均流域幅Ｒｍの計算
２Ｒｍ＝Ａ１／Ｌ・・・・・・・・・・・・・・（１）
【００４５】
比高データは、河川流域抽出手段３２において抽出された河川流路ＲＲに関して、河川データ入力要求手段１３の要求に従い、分割数Ｎを操作者が入力し、その分割数Ｎにより分割された河川流路ＲＲの流路直交方向の横断地形（図８（ａ））により、算出されるものである。まず、分割された各横断面において、流路河床標高と左右尾根との標高差（左比高ＨＬ、右比高ＨＲ）が算出され、表形式で画面に表示する（図８（ｂ）参照）。全分割横断面について計算が終了すると、式（２）により、左比高ＨＬと右比高ＨＲとのＮ箇所分の総和を２Ｎで除することにより平均比高Ｈｍが算出される。
平均比高Ｈｍの計算
Ｈｍ＝（ΣＨＬ＋ΣＨＲ）／（２Ｎ）・・・・（２）
【００４６】
透水性指標データは、前述の平均流域幅Ｒｍと平均比高Ｈｍを使って、式（３）により透水性指標Ｋｔ’が算出される。
透水性指標Ｋｔ’の計算
Ｋｔ’＝（Ｒｍ2）／（６Ｈｍ）・・・・・・（３）
【００４７】
［影響曲線算出手段］
影響曲線算出手段４２は、透水性指標Ｋｔを式（４）に代入することにより影響曲線ＲＨの作図に必要な影響曲線用比高Ｈを算出する手段である。ここで、操作者は、比高算出手段４１において算出した各流域の透水性指標Ｋｔ’を参考に透水性指標Ｋｔを入力するとともに、距離刻み幅（横断方向距離刻み幅）ΔＲを入力する。なお、入力する透水性指標Ｋｔは、計算値をそのまま入力したり、当該トンネルに関連すると思われる全流域について算出した各透水性指標Ｋｔ’の平均値を入力したり、最も影響が大きいと思われる一流域の透水性指標Ｋｔ’を入力するなど、操作者の判断により入力するものとする。
影響曲線用比高Ｈ
Ｒ＝（６Ｈ・Ｋｔ）0.5・・・・・・・・・（４）
影響曲線算出手段４２は、式（４）により、横方向距離（横断方向距離データ）Ｒを０〜Ｒｍａｘの範囲内で、距離刻み幅ΔＲ刻みで変化させて計算を行い、横方向距離Ｒと影響曲線用比高Ｈとの関係からなる影響曲線ＲＨを算出する。そして、算出した影響曲線ＲＨのデータを影響曲線記憶手段２４に記憶させる。ここで、Ｒｍａｘは、後述する影響曲線表示手段５４において表示する影響曲線ＲＨのＸ軸の値である横方向距離Ｒの最大値（横断方向最大距離）であり、操作者が流域幅の換算値等から想定して入力する値である（図９参照）。
【００４８】
同様にトンネルルートＴＲ近傍の他の河川流域Ｖに関しても同様の計算が繰り返し行なわれ、影響曲線記憶手段２４により記憶される。
【００４９】
［交点算出手段］
交点算出手段４３は、影響曲線算出手段４２において算出した横方向距離Ｒと影響曲線用比高Ｈの関係式（式（４））から求まる各分割断面におけるトンネル中心を原点とした影響曲線ＲＨと、各分割断面における３次元位置座標データとから、影響曲線ＲＨと地表面との交点（影響点）ＣＰを算出する手段である。ここで、トンネル左側においては、Ｒ＝０を対称軸として影響曲線ＲＨを反転させて算出する（図１０参照）。
これは、トンネルに向って流れる地下水の流域及び比流量を、地表流の流域及び渇水比流量とほぼ同じと考え、トンネル近傍の地表水の流域の形状及び渇水比流量が、トンネルに向かって流れる地下水の流域及び比流量に当てはまるものとして、当該地表水の流域の形状をトンネルの断面に重ね合わせることにより、トンネル上部の影響範囲（影響曲線と地表面に囲まれた領域）とこの影響範囲内の当該トンネルに流れ込む湧水量を算出する手法を採用したものである。
【００５０】
［影響領域算出手段］
影響領域算出手段４４は、前述の交点算出手段４３により算出されたトンネル左右の交点（影響点）ＣＰを直線で結んだ影響境界により囲まれたＮＴ−１個の影響領域ＥＴの３次元位置座標データが算出される手段である（図１１参照）。この影響領域ＥＴ内が、トンネルの施工に伴い、地下水がトンネルに湧水として流出することで、何らかの影響が及ぶと予想される領域である。
そして、この影響領域算出手段４４により算出された影響領域ＥＴの３次元位置座標データは、影響領域データ記憶手段２５に記憶される。
【００５１】
［湧水量算出手段］
湧水量算出手段４５は、影響領域算出手段４４により算出された各影響領域ＥＴについて、比流量記憶手段２３に記憶されている関連する各河川流路ＲＲの渇水比流量ｑと自動計算された各影響領域の影響領域平面積Ａ２を用いて式（５）により区間湧水量を算出した後、区間湧水量の総和を算出して、トンネルの総湧水量が算出される手段である。
区間湧水量の計算
区間湧水量＝渇水比流量ｑ×影響領域平面積Ａ２・・・（５）
【００５２】
（５）表示手段
表示手段５０は、地形図表示手段５１と、流域データ表示手段５２と、流路データ表示手段５３と、影響曲線表示手段５４と、分割断面表示手段５５と、影響領域表示手段５６と、湧水量表示手段５７と、を含み、算出手段４０により算出された算出結果、記憶手段２０によりに記憶されている所定のデータ、抽出手段３０により抽出された所定のデータ等に関する地形図、鳥瞰図、横断面図等の図面データや計算結果を示す表やグラフ等、を出力部に出力させる手段である。
【００５３】
［地形図表示手段］
地形図表示手段５１は、地図データ入力要求手段１１の要求に従い入力された３次元地図データに基づき、対象領域を出力部３のディスプレイ３ａに表示及びプリンタ３ｂにより出力するものである。また、地図データ抽出手段３１や河川流域抽出手段３２により抽出された各種地図データや、これにトンネルルート入力要求手段１２及び河川データ入力要求手段１３の要求に従い入力されたデータを関連付けた地図データを表示する手段である（図４〜図６参照）。当該表示手段により、対象領域がディスプレイ３ａに表示されるため、操作者は、ひと目でトンネルと流域との位置関係等を確認することができる。
【００５４】
［流域データ表示手段］
流域データ表示手段５２は、河川流域抽出手段の指示に従い、抽出した流域について自動的に算出されるデータ及び、河川データ入力要求手段における入力事項等をディスプレイ３ａに表示及びプリンタ３ｂにより出力するものである。この流域データ表示手段５２により、抽出された河川流域Ｖの拡大図が表示されるため、操作者は、トンネルルートＴＲにおける河川流域Ｖの詳細についてディスプレイ３ａ上で確認することができる（図７（ａ）参照）。また、河川データの入力も、ディスプレイ３ａ上で地形等を確認しながら図７（ｂ）に示すデータウインドウＤＷに入力するため、間違いによる入力を減らすことが可能となる。
【００５５】
［流路データ表示手段］
流路データ表示手段５３は、比高算出手段４１及び影響曲線算出手段４２において、算出した河川流路ＲＲに関するデータを表示するものであり、河川流路ＲＲの各分割点における横断図（図８（ａ）参照）や比高算出結果（図８（ｂ）参照）等を表示するものである。このように、算出結果がディスプレイ３ａに即座に表示されるため、確認が容易である。また、流路データ表示手段５３は、このディスプレイ３ａに表示されている結果をプリンタ３ｂを介して出力することができる。
【００５６】
［影響曲線表示手段］
影響曲線表示手段５４は、影響曲線算出手段４２において算出した横方向距離Ｒと影響曲線用比高Ｈとの関係からなる流域ごとの影響曲線ＲＨをディスプレイ３ａ上に表示及びプリンタ３ｂによる出力を行う手段である（図９参照）。
【００５７】
［分割断面表示手段］
分割断面表示手段５５は、トンネルルート入力要求手段１１の要求に応じて入力されたトンネル分割数データにより分割されたトンネルの各分割断面ＴＳにおいて、影響曲線用比高曲線の原点を前記トンネルの中心に一致させて重ね書きした横断面図を表示するものである（図１０参照）。当該表示手段により、操作者は、トンネル横断面における影響範囲をディスプレイ３ａ上で確認することができる。また、分割断面表示手段５５は、このディスプレイ３ａに表示されている結果を、プリンタ３ｂを介して出力することができる。
【００５８】
［影響領域表示手段］
影響領域表示手段５６は、影響領域算出手段４４により算出された、トンネルに沿ってトンネル左右に設けられた影響境界で囲まれた影響領域ＥＴを図面中に表示する手段である（図１１参照）。
【００５９】
［湧水量表示手段］
湧水量表示手段５７は、湧水量算出手段４５において、算出した各影響領域の湧水量及びトンネルルートＴＲ全体の総湧水量の出力を出力部２を介して行うものである。
【００６０】
（６）その他
さらに、装置本体１は、各手段（入力部２及び出力部３も含む）を制御するための制御手段６０と、各手段に伴い必要となるデータの抽出や入力を行うデータ管理手段７０を備えている。
【００６１】
＜湧水予測装置の動作＞
次に、本発明の湧水予測装置Ｔの動作について説明する。
【００６２】
湧水予測装置Ｔの動作は、図３に示すように、地図データ入力Ｓ１、トンネルデータ入力Ｓ２、河川流域抽出Ｓ３、河川データ入力Ｓ４、渇水比流量入力Ｓ５の入力及び抽出作業を操作者が湧水予測装置Ｔの指示に従って行うことにより、湧水予測装置Ｔが自動的に、比高算出Ｓ６、影響線用比高算出Ｓ７、影響領域算出Ｓ８、湧水量算出Ｓ９の各ステップにより、トンネルの総湧水量の予測を行うものである。
【００６３】
［地図データ入力Ｓ１］
湧水予測装置Ｔを起動させると、操作者に対して、地図データ入力要求手段１１が、地図データの入力を要求する。操作者が、入力部２のキーボード２ａ、マウス２ｂ、記録媒体読込手段２ｃなどを使って、地図データの読み込みを行い、データが受信されると、図４のように当該ディスプレイ３ａ上に広域地図Ｍが表示される。
【００６４】
［トンネルデータ入力Ｓ２］
続いて、トンネルルート入力要求手段１２が、トンネルのデータの入力をディスプレイ３ａ上に表示することで要求する。操作者は、ディスプレイ３ａに表示された要求に従い、入力部２を介して、トンネルルートＴＲの３次元位置座標データ（ｘ，ｙ，ｚ）、カーブデータ（起終点，ＩＰ，Ｒ等）、トンネル直径、分割断面数ＮＴの入力を行う。
各データの入力は、キーボード２ａにより数字を入力する方法でも、予め記録媒体に記憶させていたデータを記録媒体読込手段２ｃにより読み込んでもよい。
そして、各データが入力されると、図５に示すように、図４に示されていた広域地図Ｍ内から、トンネルルートＴＲ近傍の地域地図Ｍａを抽出してディスプレイ３ａに表示する。さらに地域地図Ｍａ上には、トンネルルートＴＲが表示され、トンネル直交方向に分割断面ＴＳが表示される。そして、これらのトンネルデータは、トンネルデータ記憶手段２２により保存される。
【００６５】
［河川流域抽出Ｓ３］
続いて、河川流域抽出手段３２が、湧水量算出に使用するトンネルルートＴＲ近傍の河川流域Ｖの抽出の要求をする。操作者は、要求に従い、ディスプレイ３ａに表示されている地域地図Ｍａ上からマウス２ｂを利用して湧水予測装置Ｔにより予め区分された河川流域境界内をクリックすることにより、河川流域Ｖを選択する。河川流域Ｖが選択されると、当該河川流域Ｖの面積計算が行われると同時に、図６に示すように河川流域Ｖが太線により囲まれて表示される。ここで、河川流域Ｖに関して、流域番号、流域名称等の指定をすることができる。
【００６６】
［河川データ入力Ｓ４］
次に、河川データ入力要求手段１３が、河川データの入力を要求するため、操作者は、要求に従い、各データの入力を行う。まず、河川流域Ｖ内の河川流路ＲＲを、マウス２ｂによりディスプレイ３ａに表示された地図上で、上流端Ｒ１と下流端Ｒ１とをクリックすることにより指定する（図６参照）。次に、河川分割数Ｎを画面の指示に従いキーボード２ａにより入力する。河川流路ＲＲの上流端Ｒ１、下流端Ｒ２と、河川分割数Ｎの入力が完了すると、図７（ａ）に示すように、ディスプレイ３ａには、河川流域Ｖ内の河川流路ＲＲとその分割線ＲＳが表示される。そして、これらの河川のデータは記憶手段２０により保存される。
【００６７】
［渇水比流量入力Ｓ５］
続いて、比流量入力要求手段１４が、河川データ入力Ｓ４において指定した河川流路ＲＲの渇水比流量ｑの入力を要求するので、操作者は、キーボード２ａを使用してその値を入力する。ここで、入力された渇水比流量ｑは、比流量記憶手段２３により、河川流域抽出Ｓ３や河川データ入力Ｓ４の各ステップにおいて入力された当該河川流路ＲＲに関するデータとともに、保存される。
【００６８】
［比高算出Ｓ６］
続いて、図７（ｂ）に示すディスプレイ３ａ上のデータウインドウＤＷ内の平均比高表示ボタンｂ１をクリックすることにより比高計算の指示すると、比高算出手段４１が起動し、河川データ入力Ｓ４において、入力された流路長Ｌ、平均流域幅Ｒｍ及び分割された全断面についての比高及び流域における平均比高の算出を行い、その結果を図８（ｂ）に示すように表ｈ１によりディスプレイ３ａに表示する。この時、透水性指標Ｋｔ’の算出も同時に行われ、ディスプレイ３ａ上に表示される。
【００６９】
［影響線用比高算出Ｓ７］
続いて、操作者は、比高算出手段４１で算出された各流域の透水性指標Ｋｔ’を参考にして、透水性指標Ｋｔを入力して、影響曲線表示の要求を行う。この操作により、影響曲線算出手段４２が起動し、比高算出手段４１の結果を用いて、影響曲線用比高の算出を行う。ディスプレイ３ａ上には、図９に示すように、影響曲線用比高ＨをＹ軸、河床からの横方向距離ＲをＸ軸にした影響曲線ＲＨのグラフＧ１が表示される。そして、この影響曲線ＲＨのデータは、影響曲線記憶手段２４により保存される。ここで、影響曲線記憶手段２４に保存される影響曲線ＲＨのデータ数は、限定されず、トンネルルートＴＲ全長に亘りトンネルに影響を及ぼすと予想される全河川流域Ｖに関して保存可能である。
【００７０】
Ｓ３〜Ｓ７の操作を繰り返し行い、当該トンネルに関連すると予想される全ての河川流域Ｖに関して、影響曲線の算出を行う。
【００７１】
［影響領域算出Ｓ８］
続いて、交点算出手段４３が起動し、操作者が、各分割断面ＴＳに対応する河川流域Ｖの選択を行う。そして、分割断面ＴＳに、トンネル中心を原点として、選択された河川流域Ｖの影響曲線ＲＨが重ね書きされ、地表面ＧＬと影響曲線ＲＨとの交点ＣＰを算出する（図１０参照）。同様の操作を繰り返し行い、全ての分割断面ＴＳについて交点ＣＰの算出を行う。ここで、影響曲線はＲ＝０を対称軸として左右対称に作図される。また、河川流域Ｖは、操作者の判断により選択するものとし、演算対象のトンネル分割断面に最も近い流域や近傍の流域のうち最も大きな流量を有する流域などから選択する。
全ての分割断面ＴＳについて、交点ＣＰの算出が完了し、ディスプレイ３ａの表示を平面図に切り替えると、影響領域算出手段４４により、全ての交点ＣＰを結び影響領域ＥＴを作成して、各影響領域ＥＴの面積計算を行うのと同時に図１１に示すような平面図が表示される。そして、交点ＣＰ、影響領域ＥＴの３次元位置座標が影響領域データ記憶手段により保存される。
図１１に表示された影響領域ＥＴは、その領域内が、トンネルの施工により、地下水がトンネル湧水として流出して井戸が枯渇する等の影響を受ける可能性のある領域を示しており、図面上に表示されるため、ひと目でその地域の確認が可能となる。
【００７２】
［湧水量算出Ｓ９］
続いて、湧水量算出手段４５により湧水量の計算が実行され、渇水比流量ｑと影響領域平面積Ａ２との積により指定区間の湧水量の算出が行なわれ、その総和により、総湧水量が算出される。
【００７３】
このように、本発明によれば、操作者は、画面上での流域・流路の指定、トンネルルート座標、トンネル分割数、流路分割数、渇水比流量等の入力を行うだけで、複雑な面積計算などは、湧水予測装置による自動計算にて行うため、これまで、予測が困難であったトンネルの湧水量及びトンネルの湧水による影響範囲の予測を容易に行うことが可能となった。また、図面上に、トンネル施工に伴う影響範囲が表示されるため、ひと目でその領域が把握でき、解りやすい。
【００７４】
以上、本発明について、好適な実施形態についての一例を説明したが、本発明は当該実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、渇水比流量の入力を本実施の形態では、河川データ入力後に行い、河川データとともに記憶手段により記憶するものとしたが、湧水量算出の際に、各流域について入力するようにしてもよく、その入力時期は限定されない。
また、交点算出の際、各トンネル分割断面において重ね書きする影響曲線は、Ｒ＝０を軸として左右対称とするものとしたが、トンネル直上で複数の流域が重なる場合等は、左右の影響曲線にそれぞれ違う流域から算出された影響曲線を使用するものとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の考え方を示した図であり、（ａ）は地表流の流域を示した概略断面図、（ｂ）はトンネルに向う地下水の流域を示した概略断面図である。
【図２】本発明の湧水予想装置を示す構成図である。
【図３】湧水予測装置の動作ステップを示すフローチャートである。
【図４】広域３次元地図が画面に表示された状態の一例を示す図である。
【図５】抽出された地域地図が画面に表示された状態の一例を示す図である。
【図６】地域地図内の流域を画面上で抽出する状態を示す一例である。
【図７】抽出された流域に関する地図データ及び入力データを表示された状態の一例を示し、（ａ）は流域内の流路及び流路の分割線が表示された状態を示し、（ｂ）は各種データを入力するデータボックスを示す。
【図８】比高計算結果が画面に表示された一例であり、（ａ）は流路分割横断面図、（ｂ）は比高計算結果を示す表である。
【図９】影響曲線の算出結果の一例である。
【図１０】トンネルの影響範囲の算出方法を示す一例である。
【図１１】影響範囲の算出結果を平面図に示した一例である。
【符号の説明】
【００７６】
２１    地図データ記憶手段
２２    トンネルデータ記憶手段
２３    比流量記憶手段
２４    影響曲線記憶手段
２５    影響領域データ記憶手段
３１    地図データ抽出手段
３２    河川流域抽出手段
４１    比高算出手段
４２    影響曲線算出手段
４３    交点算出手段
４４    影響領域算出手段
４５    湧水量算出手段
５１    分割断面表示手段
５２    影響領域表示手段
ＣＰ    交点
ＥＴ    影響領域
ＧＬ    地表面
Ｈ      影響曲線用比高
ＨＬ    左比高
ＨＲ    右比高
Ｒ      横方向距離
ＲＨ    影響曲線（地表水の流域の形状）
ＲＲ    河川流路
ＲＳ    分割線
ＳＷ    浸透水
Ｔ      湧水予測装置
ＴＲ    トンネルルート
ＴＳ    分割断面
ＴＷ    トンネルに向う地下水流
Ｖ      河川流域（地表流の流域）
ＶＴ    トンネルに向う地下水の流域
【図１】
2005121515.tif 000003
【図２】
2005121515.tif 000004
【図３】
2005121515.tif 000005
【図４】
2005121515.tif 000006
【図５】
2005121515.tif 000007
【図６】
2005121515.tif 000008
【図７】
2005121515.tif 000009
【図８】
2005121515.tif 000010
【図９】
2005121515.tif 000011
【図１０】
2005121515.tif 000012
【図１１】
2005121515.tif 000013